JP4206727B2 - Self-scanning light emitting device array - Google Patents

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JP4206727B2 JP2002325141A JP2002325141A JP4206727B2 JP 4206727 B2 JP4206727 B2 JP 4206727B2 JP 2002325141 A JP2002325141 A JP 2002325141A JP 2002325141 A JP2002325141 A JP 2002325141A JP 4206727 B2 JP4206727 B2 JP 4206727B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己走査型発光素子アレイ、特に、電源ラインと半導体素子との接続部分が開放状態になりにくい構造、あるいは接続部分が開放状態になっても、動作の信頼性を低下させない構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
多数個の発光素子を同一基板上に集積した発光素子アレイは、その駆動用ICと組み合わせて光プリンタヘッド等の光書込みヘッドとして利用されている。本発明者らは、発光素子アレイの構成要素としてPNPN構造を持つ3端子発光サイリスタに注目し、発光点の自己走査が実現できることを既に特許出願(特許文献1,2,3,4参照)し、光プリンタ用ヘッドとして実装上簡便となること、発光素子ピッチを細かくできること、コンパクトな自己走査型発光素子アレイを作製できること等を示した。
【0003】
さらに本発明者らは、スイッチ素子(発光サイリスタ)アレイをシフト部として、発光部である発光素子(発光サイリスタ)アレイと分離した構造の自己走査型発光素子アレイを提案している(特許文献5参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平1−238962号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平2−14584号公報
【0006】
【特許文献3】
特開平2−92650号公報
【0007】
【特許文献4】
特開平2−92651号公報
【0008】
【特許文献5】
特開平2−263668号公報
図1に、シフト部と発光部を分離したタイプのダイオード結合自己走査型発光素子アレイチップ10の等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイは、スイッチ素子T1 ,T2 ,T3 …、発光素子L1 ,L2 ,L3 …からなる。スイッチ素子および発光素子のいずれも3端子発光サイリスタが用いられる。シフト部の構成は、ダイオード接続を用いている。すなわち、スイッチ素子のゲート電極間は、ダイオードD1 ,D2 ,…で結合されている。VGAは電源(通常−5V)であり、電源ライン13から負荷抵抗RL を経て各スイッチ素子のゲート電極に接続されている。また、スイッチ素子のゲート電極は、発光素子のゲート電極にも接続される。スイッチ素子T1 のゲート電極は、スタートパルス端子φS に接続されている。スイッチ素子のカソード電極は、交互に転送用クロックパルスライン11,12を経て、クロックパルス端子φ1,φ2に接続されている。抵抗R1,R2は、ライン11,12にそれぞれ挿入された電流制限用抵抗である。また、発光素子のカソード電極は、発光信号ライン14を経て、発光信号端子φI に接続されている。抵抗RI は、ライン14に挿入された電流制限用抵抗である。
【0009】
スイッチ素子アレイおよび発光素子アレイは、p型半導体基板上にPNPN構造を形成し、素子分離を行って、電極を設けた後、全体を絶縁膜で被覆し、コンタクトホールを開けて、VGA配線,φ1配線,φ2配線,φI 配線などをAl配線で形成し、全体に保護膜を形成することにより作製される。ダイオードは、PNPN構造の最上層のn型半導体層と次層のp型半導体層とを用いて形成され、負荷抵抗は、PNPN構造の次層のp型半導体層を用いて形成される。
【0010】
図2は、チップ上に形成された図1の自己走査型発光素子アレイの平面図である。図3は、図2に点線17で示す部分の断面図であるが、図面を簡単にするため、p型半導体層18上の配線部分の断面を示している。
【0011】
図2において、Lは発光素子、Tはスイッチ素子、Dはダイオード、Cはコンタクトホール、RL は負荷抵抗を、15は負荷抵抗RL とダイオードDとスイッチ素子Tのゲート電極とを接続するAl配線、20a,20bはAu系電極を示す。11,12,13,14は、図1に示すφ1ライン,φ2ライン,VGAライン,φI ラインである。図3において、22はSiO2 絶縁膜,24はSiO2 保護膜である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
図3からわかるように、Al配線よりなるVGAライン13のAl配線は、絶縁膜22に開けられたコンタクトCを通ってp型半導体層18上のAu系電極20aと接続されている。一般に、AlとAuはパープルプラグで代表される合金を形成することが知られていて、これら合金の抵抗値は、AlおよびAu単体のときの抵抗値の数倍から十数倍になり通電の阻害となる。また、これらの合金は、AlおよびAuの持つ延性がなくなり脆くなる。AlとAuの接合部は、VGAライン以外にも存在するが、VGAラインは電源ラインであり、常時電圧が印加されている点が他の接続部と異なる。
【0013】
また、異種金属の接合による電池発生、常時電圧印加によるエレクトロマイグレーションなどの電気化学作用の促進、接合部の機械的脆性、自然環境下における水分・塩分等の作用で、AlとAuとの間の接合が不良となる。不良となった接続部分を電子線顕微鏡で観察すると、コンタクトホール部分が盛り上がり、接合の内部に空孔ができ開放状態となっているのが認められる。このような開放状態は、動作の信頼性を低下させる。
【0014】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、自己走査型発光素子アレイにおいて、VGAラインと半導体素子とを接続させる接続部分について開放状態となりにくい構造を提供することにある。
【0015】
他の目的は、VGAラインと半導体素子とを接続させる接続部分が開放状態となった場合でも、自己走査型発光素子アレイの動作を継続させることができる構造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、PNPN構造の3端子発光サイリスタが複数個1次元に配列された発光素子アレイと、前記各サイリスタに、前記PNPN構造の半導体層により形成される半導体抵抗素子をそれぞれ介して、電源を供給するAl配線よりなる電源ラインとを少なくとも備える自己走査型発光素子アレイにおいて、前記各半導体抵抗素子上に設けられ、前記電源ラインに接続されるAu系電極は、表面にAlに対する接触防止膜が形成されていることを特徴とする。
【0017】
本発明は、次のような考えに基づいている。
【0018】
AlとAuを接触させただけでは合金化しない。Au上にAlを成膜する方法として、スパッタ法を使用しており、Au電極上にAlを堆積するときの、Al元素の有するエネルギーが原因で合金化が進む。したがって、合金化を防ぐには、Al元素がAu電極に触れないように、接触防止膜を設ければよい。接触防止膜には、Ni,Cr,Cuなどが有効で、膜厚は、エネルギーを有するAl元素が貫通しないのに充分な15nm以上であればよい。
【0019】
また本発明では、自己走査型発光素子アレイの負荷抵抗を形成する半導体抵抗素子のパターニング工程において、半導体抵抗素子のVGAライン側を素子分離をせずに、結合した構造とする。
【0020】
代表的な構造は、PNPN構造の3端子発光サイリスタが複数個1次元に配列された発光素子アレイと、前記各サイリスタに、前記PNPN構造の半導体層により形成される半導体抵抗素子をそれぞれ介して、電源を供給するAl配線よりなる電源ラインとを少なくとも備える自己走査型発光素子アレイにおいて、N個(Nは2以上の整数)以上の隣接する半導体抵抗素子ごとに、前記電源ライン側で結合されていることを特徴とする。
【0021】
このような構造にすることにより、VGAラインと半導体素子とを接続する1つの接続部分が腐食して開放状態となった場合でも、正常な接続部から、結合した半導体抵抗素子を経由して、開放状態になった半導体素子に対する電圧印加を継続することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
【0023】
【第1の実施例】
従来の自己走査型発光素子アレイのp型半導体層上の電極は、AuSbを75nm、続いてAuZnを150nm蒸着し、リフトオフによって作製していた。電極構造は、半導体層側からAuSb/AuZnの2層構造である。蒸着ソースとしては、AuSb(Sb含有率は0.5〜5重量%)、AuZn(Zn含有率は1〜10重量%)を使用して、1017cm-3台の低濃度p型AlGaAs層18に良好なオーミック接合を得ていた。1017cm-3台の低濃度p型AlGaAs層に良好なオーミック接合を得るためには、電極形成後に窒素雰囲気中で400℃約10分のアニールが必要であった。
【0024】
本実施例では、図4に示すように、従来の電極蒸着時に、Alとの接触防止膜としてNi層26を200nm追加で成膜し、電極構造を半導体層側からAuSb/AuZn/Niの3層構造とした。1017cm-3台の低濃度p型AlGaAs層18に良好なオーミック接合を得るためには、電極形成後に窒素雰囲気中で400℃約10分のアニールが必要であるが、このアニール時に、接触防止膜であるNi層26がAuZn層に拡散するが、高濃度のNiを電極最表面に残留させるためには、少なくとも200nmの厚みが必要であることを確認している。
【0025】
一方、このNi層26を500nm以上とすると、アニール時にAlGaAs層18の表面まで拡散到達し、層素材と過剰反応してオーミック特性を悪化させることが明らかとなった。したがって、Alとの接触防止膜としてNi層を用いる場合は、200〜500nm範囲で、オーミック電極としての機能を維持しつつ、Alとの合金反応を抑制できる。
【0026】
Ni成膜のプロセスを追加する以外は従来と同一条件,同一工程で自己走査型発光素子アレイを作製したところ、コンタクトホールもモフォロジが従来よりも明らかにスムーズになっていて、合金化の抑制が達成されていることがわかった。
【0027】
従来構造の自己走査型発光素子アレイチップおよび本実施例による自己走査型発光素子アレイチップを、それぞれ100チップパッケージングして、素子が環境に暴露される状態で60℃,90%の高温高湿連続動作試験を実施して半数が動作不良となるまでの時間Thを調査した。その結果、従来構造では、VGAラインの開放故障による動作不良でのTh=230時間であったが、本実施例による構造ではTh=880時間であり、動作寿命に関する信頼性が格段に向上した。
【0028】
以上の実施例では、接触防止膜用の金属として、Niを用いたが、Ni以外にもCr,Cuなど、AuおよびAlと反応しにくい材料を防壁材料とすることができる。
【0029】
また、Ni層は、Alスパッタ直前に蒸着成膜、リフトオフ形成することもできる。
【0030】
また、Ni層は、Alスパッタ直前に蒸着もしくはスパッタ成膜して、直後に成膜するAl膜と同時にエッチングし配線形成することも可能である。
【0031】
【第2の実施例】
次に、VGAラインと半導体素子とを接続させる接続部分が開放状態となった場合でも、自己走査型発光素子アレイの動作を継続させることができる構造の実施例を説明する。
【0032】
図5に示すように、VGAライン13側の半導体抵抗素子RL を分離せずに、隣接する半導体抵抗素子を2個ずつ結合した状態の構造を作製した。このような構造は、PNPN構造の次層であるp型AlGaAs層を半導体抵抗素子として作り込むフォトマスクのパターニングを変更することにより容易に実施できる。すなわち、半導体抵抗素子を形成するp型AlGaAs層およびその下層を残して、その他の部分は基板までエッチング除去して、半導体素子分離溝を形成する。
【0033】
この場合、VGAライン13側には、p型半導体層上に素子数と同一数のオーミック電極20aをパターニング形成して、コンタクトホールCを介してVGAライン13と接続させた。これにより、2個の連結された半導体抵抗素子には、2個のオーミック電極20aからそれぞれ電圧が印加されることになる。したがって、これら2個の一方のオーミック電極20aが例えば腐食により開放状態になり、電気的に非導通になっても、他方のオーミック電極20aを通して、連結された2個の半導体抵抗素子に電圧印加を継続することができるので、動作が損なわれることはない。
【0034】
従来構造の自己走査型発光素子アレイチップおよび本実施例による自己走査型発光素子アレイチップをそれぞれ100チップパッケージングして、素子が環境に暴露される状態で60℃,90%の高温高湿連続動作試験を実施して半数が動作不良となるまでの時間Thを調査した。その結果、従来構造では、VGAラインの開放故障による動作不良でのTh=230時間であったが、本実施例による構造では、Th=1230時間であり、動作寿命に関する信頼性が格段に向上した。
【0035】
本実施例では、隣接する素子2個分について半導体抵抗素子を結合させる構造としたが、図6に示したように3個以上の半導体抵抗素子を結合する構造を採用することもできる。結合させる個数が増加するほど、開放故障には強くなるので、自己走査型発光素子アレイの動作信頼性は高くなる。
【0036】
本実施例では、VGAライン側には素子数と同一数のオーミック電極20aをパターニング形成したが、図7に示すように、それ以上の数の電極20aを形成することでも同様の効果が得られる。電極数が増加するほど、開放故障には強くなるので、自己走査型発光素子アレイ動作信頼性は高くなる。
【0037】
また、図8に示すように、数個の素子(図の例では、3素子)にまたがる電極30を形成し、複数のコンタクトホールCで結合する構造を採用することもできる。さらに、図9に示すように、電極30は全素子にわたって引き伸ばしても良い。電極を引き伸ばすことによって、抵抗を大きくせずに、より多くのコンタクトホールで結合させることが可能となるので、開放故障には強くなると同時に、安定した動作の確保などで、自己走査型発光素子アレイの動作信頼性は高くなる。
【0038】
なお、本実施例において、第1の実施例で説明したように電極にAlとの接触防止膜を設ければ、さらに自己走査型発光素子アレイの動作信頼性を高めることが可能となる。
【0039】
【第3の実施例】
次に、以上に説明した自己走査型発光素子アレイチップを用いた光プリンタヘッド、このような光プリンタヘッドを用いた光プリンタについて説明する。
【0040】
図10は、光プリンタヘッドの主要部を示す斜視図である。光プリンタヘッドは、実装基板130上に複数個の自己走査型発光素子アレイチップ132を千鳥配置で配列して構成された自己走査型発光素子アレイ134と、複数個の正立等倍レンズ(ロッドレンズ)136を配列して構成された正立等倍レンズアレイ138とを備えている。発光素子アレイ134から出た光は、レンズアレイ138により集光されて、感光ドラム(図示せず)上に照射される。
【0041】
図11は、このような光プリンタヘッド140を備える光プリンタの構成を示す。円筒形の感光ドラム142の表面に、アモルファスSi等の光導電性を持つ材料(感光体)が作られている。このドラムはプリントの速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器144で一様に帯電させる。そして、光プリンタヘッド140で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和する。続いて、現像器148で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器150でカセット152中から送られてきた用紙154上に、トナーを転写する。用紙は、定着器146にて熱等を加えられ定着され、スタッカ158に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ160で帯電が全面にわたって中和され、清掃器162で残ったトナーが除去される。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、VGAラインと半導体素子を接続させる接続部分には、Alとの接触防止膜を設けた電極を用いているので、Alとの合金が形成されないので、合金形成に起因する問題を解決することができる。
【0043】
また、本発明によれば、VGAラインと半導体素子を接続させる接続部分が開放状態となった場合でも、連結された半導体抵抗素子を経由して開放状態になった素子に対する電圧印加を継続することができるようになり、自己走査型発光素子アレイの動作の長期信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】シフト部と発光部を分離したタイプのダイオード結合自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図である。
【図2】図1の自己走査型発光素子アレイの平面図である。
【図3】図2に点線17で示す部分の断面図である。
【図4】本発明の電極構造を示す図である。
【図5】本発明に係る半導体抵抗素子の結合状態を示す図である。
【図6】本発明に係る半導体抵抗素子の他の結合状態を示す図である。
【図7】半導体抵抗素子の結合部における電極の配列を示す図である。
【図8】半導体抵抗素子の結合部における1個の電極とコンタクトホールの配列とを示す図である。
【図9】本発明に係る半導体抵抗素子のさらに他の結合状態を示す図である。
【図10】光プリンタヘッドの主要部を示す斜視図である。
【図11】光プリンタヘッドを備える光プリンタの構成を示す図である。
【符号の説明】
11,12 転送用クロックパルスライン
13 電源ライン
14 発光信号ライン
15 Al配線
18 p型AlGaAs層
20a,20b Au系電極
22 SiO2 絶縁膜
24 SiO2 保護膜
26 Ni層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-scanning light-emitting element array, and more particularly to a structure in which a connection portion between a power supply line and a semiconductor element is not easily opened, or a structure in which operation reliability is not lowered even when the connection portion is opened. .
[0002]
[Prior art]
A light emitting element array in which a large number of light emitting elements are integrated on the same substrate is used as an optical writing head such as an optical printer head in combination with a driving IC. The inventors have paid attention to a three-terminal light-emitting thyristor having a PNPN structure as a constituent element of the light-emitting element array, and have already filed a patent application (see Patent Documents 1, 2, 3, and 4) that self-scanning of the light-emitting point can be realized. It has been shown that it is easy to mount as an optical printer head, that the light emitting element pitch can be made fine, and that a compact self-scanning light emitting element array can be produced.
[0003]
Furthermore, the present inventors have proposed a self-scanning light-emitting element array having a structure separated from a light-emitting element (light-emitting thyristor) array, which is a light-emitting part, using a switch element (light-emitting thyristor) array as a shift part (Patent Document 5). reference).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-1-238996
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-14584
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-92650 [0007]
[Patent Document 4]
JP-A-2-92651
[Patent Document 5]
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a diode-coupled self-scanning light emitting element array chip 10 of a type in which a shift portion and a light emitting portion are separated. This self-scanning light emitting element array includes switch elements T 1 , T 2 , T 3 ... And light emitting elements L 1 , L 2 , L 3 . A three-terminal light-emitting thyristor is used for both the switch element and the light-emitting element. The configuration of the shift unit uses a diode connection. That is, the gate electrodes of the switch elements are coupled by the diodes D 1 , D 2 ,. VGA is a power supply (usually −5 V), and is connected to the gate electrode of each switch element from the power supply line 13 via the load resistance R L. The gate electrode of the switch element is also connected to the gate electrode of the light emitting element. The gate electrode of the switch element T 1 is connected to the start pulse terminal φ S. The cathode electrodes of the switch elements are connected to clock pulse terminals φ1 and φ2 via transfer clock pulse lines 11 and 12 alternately. The resistors R1 and R2 are current limiting resistors inserted in the lines 11 and 12, respectively. A cathode electrode of the light emitting element passes through the light-emitting signal line 14, is connected to the light emitting signal terminal phi I. The resistor R I is a current limiting resistor inserted in the line 14.
[0009]
The switch element array and light emitting element array are formed by forming a PNPN structure on a p-type semiconductor substrate, separating elements, providing electrodes, then covering the whole with an insulating film, opening a contact hole, and VGA wiring , .phi.1 wiring, .phi.2 wiring, etc. phi I wiring formed of Al wiring, are made by forming a protective film on the whole. The diode is formed using the uppermost n-type semiconductor layer of the PNPN structure and the next p-type semiconductor layer, and the load resistance is formed using the next p-type semiconductor layer of the PNPN structure.
[0010]
FIG. 2 is a plan view of the self-scanning light emitting element array of FIG. 1 formed on a chip. FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion indicated by a dotted line 17 in FIG. 2, but shows a cross-section of a wiring portion on the p-type semiconductor layer 18 in order to simplify the drawing.
[0011]
In FIG. 2, L is a light emitting element, T is a switch element, D is a diode, C is a contact hole, R L is a load resistance, 15 is a load resistance R L , the diode D and the gate electrode of the switch element T are connected. Al wirings 20a and 20b indicate Au-based electrodes. 11, 12, 13, 14, .phi.1 line, .phi.2 line, V GA line shown in FIG. 1, a phi I lines. In FIG. 3, 22 is a SiO 2 insulating film, and 24 is a SiO 2 protective film.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As can be seen from FIG. 3, the Al wiring of the VGA line 13 made of Al wiring is connected to the Au-based electrode 20 a on the p-type semiconductor layer 18 through the contact C opened in the insulating film 22. In general, it is known that Al and Au form an alloy represented by a purple plug, and the resistance value of these alloys increases from several times to ten times the resistance value of Al and Au alone. It becomes an inhibition. Further, these alloys become brittle because the ductility of Al and Au is lost. There are Al and Au joints other than the VGA line, but the VGA line is a power supply line and is different from the other connection parts in that a voltage is constantly applied.
[0013]
In addition, the generation of batteries due to the joining of dissimilar metals, the promotion of electrochemical action such as electromigration by constant voltage application, the mechanical brittleness of joints, the action of moisture and salt in natural environment, etc., between Al and Au Bonding is poor. When the defective connection part is observed with an electron beam microscope, it is recognized that the contact hole part rises and a hole is formed inside the joint and is open. Such an open state reduces operational reliability.
[0014]
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and the object thereof is a structure in which a connection portion for connecting a VGA line and a semiconductor element is not easily opened in a self-scanning light emitting element array. Is to provide.
[0015]
Another object is to provide a structure capable of continuing the operation of the self-scanning light-emitting element array even when the connection portion connecting the VGA line and the semiconductor element is opened.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a light-emitting element array in which a plurality of PNPN-structure three-terminal light-emitting thyristors are arranged one-dimensionally, and a power supply to each thyristor via a semiconductor resistance element formed by the PNPN-structure semiconductor layer. In a self-scanning light-emitting element array including at least a power supply line made of Al wiring to be supplied, an Au-based electrode provided on each of the semiconductor resistance elements and connected to the power supply line has a contact prevention film for Al on the surface. It is formed.
[0017]
The present invention is based on the following idea.
[0018]
It is not alloyed only by contacting Al and Au. Sputtering is used as a method for depositing Al on Au, and alloying proceeds due to the energy of the Al element when Al is deposited on the Au electrode. Therefore, in order to prevent alloying, a contact prevention film may be provided so that the Al element does not touch the Au electrode. Ni, Cr, Cu, etc. are effective for the contact prevention film, and the film thickness should just be 15 nm or more sufficient so that the Al element which has energy may not penetrate.
[0019]
Further, in the present invention, in the patterning process of the semiconductor resistance element that forms the load resistance of the self-scanning light emitting element array, the VGA line side of the semiconductor resistance element is combined without element isolation.
[0020]
A typical structure is a light-emitting element array in which a plurality of PNPN-structure three-terminal light-emitting thyristors are arranged one-dimensionally, and a semiconductor resistance element formed by the PNPN-structure semiconductor layer in each thyristor, respectively. In a self-scanning light emitting element array having at least a power supply line made of Al wiring for supplying power, N (N is an integer of 2 or more) adjacent semiconductor resistance elements are coupled on the power supply line side. It is characterized by being.
[0021]
By adopting such a structure, even when one connection portion connecting the VGA line and the semiconductor element is corroded and opened, the normal connection portion passes through the combined semiconductor resistance element. Then, voltage application to the semiconductor element in the open state can be continued.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0023]
[First embodiment]
The electrodes on the p-type semiconductor layer of the conventional self-scanning light-emitting element array were prepared by depositing AuSb at 75 nm and then AuZn at 150 nm and lifting off. The electrode structure is a two-layer structure of AuSb / AuZn from the semiconductor layer side. As a deposition source, AuSb (Sb content is 0.5 to 5% by weight), AuZn (Zn content is 1 to 10% by weight), and 10 17 cm −3 low-concentration p-type AlGaAs layers are used. 18, a good ohmic junction was obtained. In order to obtain a good ohmic junction with the low-concentration p-type AlGaAs layer of the 10 17 cm −3 level, it was necessary to anneal at 400 ° C. for about 10 minutes in a nitrogen atmosphere after electrode formation.
[0024]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, during the conventional electrode deposition, a Ni layer 26 is additionally formed as a contact prevention film with Al by 200 nm, and the electrode structure is made of AuSb / AuZn / Ni 3 from the semiconductor layer side. A layer structure was adopted. In order to obtain a good ohmic junction with the low-concentration p-type AlGaAs layer 18 on the order of 10 17 cm −3 , it is necessary to anneal at 400 ° C. for about 10 minutes in a nitrogen atmosphere after electrode formation. The Ni layer 26 which is the prevention film diffuses into the AuZn layer, but it has been confirmed that a thickness of at least 200 nm is necessary to leave high concentration Ni on the outermost surface of the electrode.
[0025]
On the other hand, it has been clarified that when the Ni layer 26 is 500 nm or more, diffusion reaches the surface of the AlGaAs layer 18 at the time of annealing, and it reacts excessively with the layer material to deteriorate ohmic characteristics. Therefore, when the Ni layer is used as a contact preventive film with Al, the alloy reaction with Al can be suppressed while maintaining the function as an ohmic electrode in the range of 200 to 500 nm.
[0026]
A self-scanning light-emitting element array was fabricated under the same conditions and the same process as before except for adding the Ni film forming process. The contact hole morphology was clearly smoother than before, and alloying was suppressed. I found that it was achieved.
[0027]
A self-scanning light-emitting element array chip having a conventional structure and a self-scanning light-emitting element array chip according to the present embodiment are packaged in 100 chips, respectively, and the device is exposed to the environment at high temperature and high humidity of 60 ° C. and 90%. A continuous operation test was carried out, and the time Th until half of the operations became defective was investigated. As a result, in the conventional structure, there was a Th = 230 hours in operation failure due to open-circuit failure of the V GA line, the structure of the present embodiment is Th = 880 hours, the reliability of the operation life was remarkably improved .
[0028]
In the above embodiment, Ni is used as the metal for the contact prevention film. However, in addition to Ni, a material that does not easily react with Au and Al, such as Cr and Cu, can be used as the barrier material.
[0029]
The Ni layer can also be formed by vapor deposition or lift-off immediately before Al sputtering.
[0030]
The Ni layer can also be formed by vapor deposition or sputtering film formation immediately before Al sputtering, and etching and forming a wiring simultaneously with the Al film formed immediately thereafter.
[0031]
[Second embodiment]
Next, an embodiment of a structure capable of continuing the operation of the self-scanning light emitting element array even when the connection portion connecting the VGA line and the semiconductor element is in an open state will be described.
[0032]
As shown in FIG. 5, a structure in which two adjacent semiconductor resistance elements are coupled without fabricating the semiconductor resistance element R L on the VGA line 13 side was fabricated. Such a structure can be easily implemented by changing the patterning of a photomask that forms a p-type AlGaAs layer, which is the next layer of the PNPN structure, as a semiconductor resistance element. That is, the p-type AlGaAs layer forming the semiconductor resistance element and its lower layer are left, and the other portions are etched away to the substrate to form a semiconductor element isolation groove.
[0033]
In this case, on the V GA line 13 side, the same number of ohmic electrodes 20a as the number of elements were formed by patterning on the p-type semiconductor layer and connected to the V GA line 13 through the contact hole C. Thus, voltages are applied to the two connected semiconductor resistance elements from the two ohmic electrodes 20a, respectively. Therefore, even if one of these two ohmic electrodes 20a becomes open due to corrosion, for example, and becomes electrically non-conductive, voltage is applied to the two connected semiconductor resistance elements through the other ohmic electrode 20a. Since it can continue, the operation is not impaired.
[0034]
The self-scanning light-emitting element array chip having a conventional structure and the self-scanning light-emitting element array chip according to the present embodiment are packaged 100 chips each, and the device is continuously exposed to the environment at a high temperature and high humidity of 60 ° C. and 90%. An operation test was conducted, and the time Th until half of the operation became defective was investigated. As a result, in the conventional structure, was Th = 230 hours in operation failure due to open-circuit failure of the V GA line, in the structure according to this embodiment, a Th = 1230 hours, greatly improving the reliability of operating life did.
[0035]
In this embodiment, the semiconductor resistance elements are coupled to two adjacent elements, but a structure in which three or more semiconductor resistance elements are coupled as shown in FIG. 6 may be employed. As the number to be coupled increases, the open-circuit failure becomes stronger, so that the operation reliability of the self-scanning light-emitting element array becomes higher.
[0036]
In this embodiment, the same number of ohmic electrodes 20a as the number of elements are patterned on the VGA line side. However, the same effect can be obtained by forming more electrodes 20a as shown in FIG. It is done. As the number of electrodes increases, the open-circuit failure becomes stronger, so that the operation reliability of the self-scanning light-emitting element array becomes higher.
[0037]
Further, as shown in FIG. 8, it is also possible to adopt a structure in which an electrode 30 that spans several elements (three elements in the example in the figure) is formed and coupled by a plurality of contact holes C. Furthermore, as shown in FIG. 9, the electrode 30 may be stretched over all elements. By extending the electrodes, it is possible to couple with more contact holes without increasing the resistance, so that it is strong against open failures and at the same time, it is possible to ensure stable operation, etc. The operation reliability of the system becomes high.
[0038]
In this embodiment, as described in the first embodiment, if an electrode is provided with a contact prevention film with Al, the operation reliability of the self-scanning light emitting element array can be further improved.
[0039]
[Third embodiment]
Next, an optical printer head using the self-scanning light emitting element array chip described above and an optical printer using such an optical printer head will be described.
[0040]
FIG. 10 is a perspective view showing the main part of the optical printer head. The optical printer head includes a self-scanning light-emitting element array 134 configured by arranging a plurality of self-scanning light-emitting element array chips 132 in a staggered arrangement on a mounting substrate 130, and a plurality of erecting equal-magnification lenses (rods). Lens) 136 and an erecting equal-magnification lens array 138 configured by arranging the same. The light emitted from the light emitting element array 134 is collected by the lens array 138 and irradiated onto a photosensitive drum (not shown).
[0041]
FIG. 11 shows a configuration of an optical printer including such an optical printer head 140. A photoconductive material (photosensitive member) such as amorphous Si is formed on the surface of the cylindrical photosensitive drum 142. This drum rotates at the speed of printing. The surface of the photosensitive drum of the rotating drum is uniformly charged by the charger 144. Then, the optical printer head 140 irradiates the photosensitive member with light of a dot image to be printed, and neutralizes the charging where the light hits. Subsequently, the developing device 148 applies toner to the photoconductor in accordance with the charged state on the photoconductor. Then, the toner is transferred onto the paper 154 sent from the cassette 152 by the transfer device 150. The paper is heated and fixed by the fixing device 146 and sent to the stacker 158. On the other hand, the drum that has been transferred is neutralized by the erasing lamp 160 over the entire surface, and the remaining toner is removed by the cleaner 162.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the electrode provided with the contact prevention film with Al is used for the connection portion connecting the VGA line and the semiconductor element, an alloy with Al is not formed, and this is due to the alloy formation. The problem can be solved.
[0043]
In addition, according to the present invention, even when the connection portion for connecting the VGA line and the semiconductor element is opened, voltage application to the opened element is continued via the connected semiconductor resistance element. As a result, the long-term reliability of the operation of the self-scanning light emitting element array is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a diode-coupled self-scanning light emitting element array chip in which a shift unit and a light emitting unit are separated.
2 is a plan view of the self-scanning light emitting element array of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view of a portion indicated by a dotted line 17 in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an electrode structure of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a coupling state of semiconductor resistance elements according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another coupling state of the semiconductor resistance element according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an arrangement of electrodes in a coupling portion of a semiconductor resistance element.
FIG. 8 is a diagram showing one electrode and an arrangement of contact holes in a coupling portion of a semiconductor resistance element.
FIG. 9 is a view showing still another coupling state of the semiconductor resistance element according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a main part of the optical printer head.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an optical printer including an optical printer head.
[Explanation of symbols]
11, 12 Transfer clock pulse line 13 Power supply line 14 Light emission signal line 15 Al wiring 18 p-type AlGaAs layers 20a, 20b Au-based electrode 22 SiO 2 insulating film 24 SiO 2 protective film 26 Ni layer

Claims (8)

PNPN構造の3端子発光サイリスタが複数個1次元に配列された発光素子アレイと、前記各サイリスタに、前記PNPN構造の半導体層により形成される半導体抵抗素子をそれぞれ介して、電源を供給するAl配線よりなる電源ラインとを少なくとも備える自己走査型発光素子アレイにおいて、
前記各半導体抵抗素子上に設けられるAu系電極と、
前記Au系電極上に設けられ、前記電源ラインと接続されることにより前記Au系電極と前記電源ラインとが直接接触するのを防止する、Ni,CrまたはCuからなる接触防止膜と
を備えることを特徴とする自己走査型発光素子アレイ。
A light-emitting element array in which a plurality of PNPN-structure three-terminal light-emitting thyristors are arranged one-dimensionally, and an Al wiring that supplies power to each thyristor via a semiconductor resistance element formed by the PNPN-structure semiconductor layer. In a self-scanning light emitting element array comprising at least a power line comprising:
Au-based electrodes provided on each of the semiconductor resistance elements,
A contact preventive film made of Ni, Cr or Cu, which is provided on the Au-based electrode and prevents direct contact between the Au-based electrode and the power line by being connected to the power line;
Self-scanning light-emitting element array comprising: a.
PNPN構造の3端子発光サイリスタが複数個1次元に配列された発光素子アレイと、前記各サイリスタに、前記PNPN構造の半導体層により形成される半導体抵抗素子をそれぞれ介して、電源を供給するAl配線よりなる電源ラインとを少なくとも備える自己走査型発光素子アレイにおいて、
前記半導体抵抗素子は、N個(Nは2以上の整数)以上の隣接する半導体抵抗素子ごとに、前記電源ライン側で結合され、前記半導体抵抗素子の前記結合された部分上に設けられたN個以上のAu系電極と、
前記Au系電極上に設けられ、前記電源ラインと接続されることにより前記Au系電極と前記電源ラインとが直接接触するのを防止する、Ni,CrまたはCuからなる接触防止膜と
を備えることを特徴とする自己走査型発光素子アレイ。
A light-emitting element array in which a plurality of PNPN-structure three-terminal light-emitting thyristors are arranged one-dimensionally, and an Al wiring that supplies power to each thyristor via a semiconductor resistance element formed by the PNPN-structure semiconductor layer. In a self-scanning light emitting element array comprising at least a power line comprising:
The semiconductor resistance elements are coupled on the power supply line side for each of N (N is an integer of 2 or more) adjacent semiconductor resistance elements, and N provided on the coupled portion of the semiconductor resistance elements One or more Au-based electrodes;
A contact preventive film made of Ni, Cr or Cu, which is provided on the Au-based electrode and prevents direct contact between the Au-based electrode and the power line by being connected to the power line;
Self-scanning light-emitting element array comprising: a.
PNPN構造の3端子発光サイリスタが複数個1次元に配列された発光素子アレイと、前記各サイリスタに、前記PNPN構造の半導体層により形成される半導体抵抗素子をそれぞれ介して、電源を供給するAl配線よりなる電源ラインとを少なくとも備える自己走査型発光素子アレイにおいて、
前記半導体抵抗素子は、N個(Nは2以上の整数)以上の隣接する半導体抵抗素子ごとに、前記電源ライン側で結合され、前記半導体抵抗素子の前記結合された部分上に設けられた各1個のAu系電極と、
前記Au系電極上に設けられ、前記電源ラインと接続されることにより前記Au系電極と前記電源ラインとが直接接触するのを防止する、Ni,CrまたはCuからなる接触防止膜と、
前記接触防止膜上に設けられ、前記電源ラインと接続するための2個以上のコンタクトホールが形成された絶縁膜と
を備えることを特徴とする自己走査型発光素子アレイ。
A light-emitting element array in which a plurality of PNPN-structure three-terminal light-emitting thyristors are arranged one-dimensionally, and an Al wiring that supplies power to each thyristor via a semiconductor resistance element formed by the PNPN-structure semiconductor layer. In a self-scanning light emitting element array comprising at least a power line comprising:
The semiconductor resistance elements are coupled on the power line side for each of N (N is an integer of 2 or more) adjacent semiconductor resistance elements, and each of the semiconductor resistance elements is provided on the coupled portion of the semiconductor resistance elements. One Au-based electrode;
A contact preventing film made of Ni, Cr or Cu, which is provided on the Au-based electrode and prevents direct contact between the Au-based electrode and the power line by being connected to the power line;
An insulating film provided on the contact prevention film and having two or more contact holes for connection to the power line;
Self-scanning light-emitting element array comprising: a.
前記接触防止膜がNiの場合には、Niの厚さは、200〜500nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイ。The self-scanning light-emitting element array according to claim 1, wherein when the contact prevention film is Ni, the thickness of Ni is 200 to 500 nm. 前記各半導体抵抗素子がp型AlGaAsであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイ。5. The self-scanning light-emitting element array according to claim 1, wherein each of the semiconductor resistance elements is p-type AlGaAs. 前記p型AlGaAsの不純物濃度が10The impurity concentration of the p-type AlGaAs is 10 1717 cmcm ―3―3 台であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイ。6. The self-scanning light-emitting element array according to claim 1, wherein the self-scanning light-emitting element array is a table. 請求項1〜のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイを備える光プリンタヘッド。An optical printer head comprising the self-scanning light emitting element array according to any one of claims 1 to 6 . 請求項に記載の光プリンタヘッドを備える光プリンタ。An optical printer comprising the optical printer head according to claim 7 .
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